实验一图符库的使用
一、实验目的
1、了解SystemVue图符库的分类
2、掌握SystemVue各个功能库常用图符的功能及其使用方法
二、实验内容
按照实例使用图符构建简单的通信系统，并了解每个图符的功能。
三、基本原理
SystemVue的图符库功能十分丰富，一共分为以下几个大类
1.基本库
SystemView的基本库包括信源库、算子库、函数库、信号接收器库等，它
为该系统仿真提供了最基本的工具。
（信源库）：SystemView为我们提供了16种信号源，可以用它来产生任意信号
（算子库）功能强大的算子库多达31种算子，可以满足您所有运算的要求
（函数库）32种函数尽显函数库的强大库容！
（信号接收器库）12种信号接收方式任你挑选，要做任何分析都难不倒它
2.扩展功能库
扩展功能库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。
它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应用。
（通信库）：包含有大量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有力工具。这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信
道模型一应俱全。
（DSP库）：DSP库能够在你将要运行DSP芯片上仿真DSP系统。该库支持大多DSP芯片的算法模式。例如乘法器、加法器、除法器和反相器
的图标代表真正的DSP算法操作符。还包括高级处理工具：混合的Radix
FFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。
（逻辑运算库）：逻辑运算自然离不开逻辑库了，它包括象与非门这
样的通用器件的图标、74系列器件功能图标及用户自己的图标等。
（射频/模拟库）：射频/模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件，
例如：混合器、放大器和功率分配器等。
3. 扩展用户库
扩展的用户库包括有扩展通信库2、IS95/CDMA 、数字视频广播DVB
等。
通信库2: 扩展的通信库2主要对原来的通信库加了时分复用、OFDM
调制解调 、QAM 编码与调制解调、卷积码收缩编解码、GOLD 码以及各种
衰落信道等功能。4.5版中，通信库2已被合并到基本通信库中。
IS95库:IS95库为设计CDMA 和个人通信系统提供了一个快捷的工具。
除了产生CDMA 所需的信号发生器模型、调制解调信号模型外，还设计了
复合IS95建议的CDMA 所有信道模型，可按两种速率工作。
四、 实验步骤
第一部分：计算信号的平方
1) 从基本图符库中选择信号源图符，选择正弦波信号，参数设定中设置幅度为1，频
率为10Hz ，相位为0。
2) 选择函数库，并选择Algebraic 标签下的图符。在参数设定中设置a=2，表示
进行x 2运算。
3) 放置两个接收器图符，分别接收信号源图符的输出和函数算术运算的输出，并选择
Graphic 标签下的图符，表示在系统运行结束后才显示接收到的波形。
4) 将图符进行连接，运行仿真，最终结果如下图所示：
信号源
平方 接收器
接收器
第二部分常规双边带条幅（AM）
1)按快捷键切换到通信图符库Comm，从图符库中拖动一个图符至设
计窗口，双击该图符，选择调制器“Modulators”中的“DSB-AM”，并在参数设置窗口中的文字框中输入幅度1V，频率1000Hz，调制度0.5，确认退出，图符变成
。
2)放置两个接收器图符，用于接收调制信号和已调信号波形。
3)对图符进行连线，如下图所示：
4)设置仿真参数：
i.仿真时间102.3ms
ii.采样点1024
iii.采样频率10kHz
5)运行仿真，并得到各个接收器的波形。
五、实验结果
1、画出以上两个部分的调制信号和已调信号的波形以及算术表达式
实验二信号的时域与频域分析实验
一、实验目的
1、掌握信号的时域与频域的分析方法
2、掌握SystemVue分析窗口的使用。
3、能利用分析窗口对波形进行时域与频域的分析
二、实验内容
1、建立简单的调制系统，并使用分析窗口对输出信号进行时域与频域的分析，得出分
析结果。
三、基本原理
分析窗口是用户观察SystemVue数据输出的基本工具。如图所示。有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过下拉菜单来激活。在系统设计窗口中单击分析窗口按钮，即可访问分析窗口。在分析窗口中单击系统按钮即可返回系统设计窗口。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、活动图形窗口和提示信息区。同设计窗口一样，滚动条包括用于左右滚动的水平滚动条和用于上下滚动的垂直滚动条；提示信息区显示分析窗口的状态信息、坐标信息和分析的进度指示；活动图形窗显示输出的各种图形，如波形图、功率谱、眼图等。
四、实验步骤
1、点击菜单栏的File，选择New System建立一个新文件。
2、建立一个常规双边带的调制系统，如实验一所示。
3、单击“Analysis”快捷按钮进入分析窗口，这时应该可以看到两个图形，一个
是100Hz的正弦信号，另一个是调制后的信号。可参考分析窗口工具条，根据个人习惯重新调整窗口显示排列。
4、对输入的信号进行谱分析。单击接收计算器按钮，出现接收计算器选择窗口，
选择“Spectrum”分析按钮，并分两次选中W0、W1，就会出现两个新的图形W2、W3，分别对应前面两个波形的频谱图，其中一个出现在100Hz的位置上（对应未调制的正弦波），另一个在中心频率为1000 Hz的位置上显示出载波和上下两个边带的频谱。
5、对调制信号和已调信号的功率谱进行叠绘。
6、绘制瀑布（WaterFall）图：
单击接收计算器按钮，出现接收计算器选择窗口，选择“Style”下的WaterFall 按钮，并在右边的窗口中选中W1（AM调制信号），然后设置Y Offset的值为-3，即表示将AM调制信号的波形向上垂直移动3个单位，得到新的信号波形。然后将移动后的信号波形与调制信号波形叠绘，得到如下波形窗口：
五、实验结果
1、分别读取已调信号频谱中的上下边带的峰值点。
2、修改双边带调制信号的调制参数，观察调制参数的变化对已调信号时域和频域上施
加的影响，并作好记录。
实验三 信号的运算
一、 实验目的
1、 掌握SystemVue 中函数库与算子库的使用
2、 进一步熟悉SystemVue 中分析窗口的使用
二、 实验内容
1、 熟悉函数库中常用图符的功能，并使用相应的图符完成信号的运算操作
三、 实验步骤
第一部分：实现高斯函数2)4()(--=t e t y
1. 选择信源图符库，并选择Aperiodic 下的Time 图符，增益参数设定为1，表示一个线性增加的信号。
2. 选择函数库的Polynomial(多项式)图符，对信号代入多项式。设定多项式为t-4，即2
345,,,X X X X 系数均设定为0，而X 和X 0系数分别设定为1和-4。 3. 选择Function 图符库下的X^a 图符，用来表示信号的a 次方，按照函数式，a=2。
4. 在Operator(算子库)中选择Negate 图符，表示负号。
5. 选择Function 图符库下的a^x 图符，用来表示a 的x 次方，按照函数式，a=e=2.71828。
第二部分 实现函数t t )sin( 1. 设定仿真时间参数，设定仿真时间为20秒，采样频率20Hz 。
2. 选择信源图符库，并选择Aperiodic 下的Time 图符，增益参数设定为1，表示一
个线性增加的信号。
3. 选择函数库的Polynomial(多项式)图符，对信号代入多项式。设定多项式为t+e
-10（防止出现仿真时间为0时的分母为0的情况）。
4. 选择Function 图符库下的X^a 图符，用来表示信号的a 次方，按照函数式，a=-1。
5. 选择信源图符库，并选择一正弦信号，设定其幅度为1，频率为0.15Hz 。
6. 将两路信号通过相乘器相乘得到
t
t )sin(信号，并通过接收器显示，最终仿真结果如下图所示：
四、 实验结果
1. 画出相应的信号输出波形
2. 利用SystemView 绘制实指数信号-5t
2e f(t) ，给出系统模型，并画出波
形图
实验四信号的分解与合成
一、实验目的
1、了解信号的分解与合成原理。
2、掌握FIR滤波器的设计方法。
二、实验内容
1、通过设计一个仿真模型，进行信号的分解与合成。
三、基本原理
为了便于研究信号传输和信号处理等问题，往往将一些信号分解为比较简单（基本）的信号分量之和。分解的方法有多种，常见的分析方法有：直流分量与交流分量，偶分量与奇分量，脉冲分量与正交函数集等。其中将信号分解为正交函数集的研究方法在信号与系统理论中占有重要地位。傅立叶分析法是常见的一种，一个矩形信号可分解为：
由此可看出，其傅立叶展开式只含有奇次谐波分量1，3，5...2n-1,于是可按照下图对方波信号进行分解，然后再通过相加器进行信号的合成。
10 Hz 方波信号10Hz带通滤波器
30Hz带通滤波器
50Hz带通滤波器
70Hz带通滤波器
90Hz带通滤波器
1次谐波
3次谐波
5次谐波
7次谐波
9次谐波
相
加
器
合成
后的
信号
四、实验步骤
1、设定系统的仿真时间参数：仿真时间为20秒，采样频率为1KHz，采样点数为
20480个。
2、从信源图符中选择脉冲信号，设定其为方波，频率为10Hz
3、分别设定6个带通滤波器，通带频率分别为10Hz，30Hz，50Hz，70Hz，90Hz，
11Hz带宽都为4Hz。信号通过这6个带通滤波器以后分别得到1,3,5,7,9，11次谐波分量。
4、为每个谐波分量连接一个接收器，观察6个谐波分量的波形
5、将6个谐波分量通过加法器进行叠加，得到合成以后的信号波形。
五、实验结果
1、画出原方波信号的频谱图以及合成信号的频谱图，并对两者进行比较，分析得
到的结果。
实验五 数字基带传输系统仿真实验
一、 实验目的
1、 加深对数字基带信号传输的无失真条件的了解。
2、 熟悉奈奎斯特第一准则的验证方法
二、 实验内容
1. 验证奈奎斯特第一准则。
三、 基本原理
传输数字基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性，当基带脉冲信号通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时域上，它们重叠到附近的时隙中去。接收端按约定的时隙对各点进行抽样，并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行判决，来导出原脉冲的消息，若重叠到临近时隙内的信号太强，就可能发生错误判决，从而产生码间串扰。
奈奎斯特第一准则给出了消除这种码间干扰的方法，并指出了信道带宽与码速率的基本关系，即
N N b
b B f T R 221=== 其中R b 为传码率，单位为B/s （波特/秒）。f N 和B N 分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。
假定有一数字基带信号，其码速率为100b/s ，则按照奈奎斯特第一准则，为保证数字基带信号的无失真传输，传输信道的带宽必须要在50Hz 以上。同理，如果数字基带信号的码速率高于100b/s ，则在50Hz 的带宽下不能保证信号的无失真传输。
四、 实验步骤
1、 设定系统的仿真时间参数：采样频率设定为1000Hz ，采样点位512个
2、 放置信号源：码速率为100b/s 的伪随机信号
3、 放置用于整型的升余弦滚降低通滤波器，其截止频率设定为50Hz ，在60Hz 处有-60dB 的衰落，相当于一个带宽为50Hz 的信道
4、 为了模拟传输的噪声，将低通滤波器的输出叠加上一个高斯噪声，设定其标准差为0.1。
5、 接收端由一个低通FIR 滤波器、一个抽样器、一个保持器和一个缓冲器组成，分别完成信号的滤波，抽样，判决以及整型输出。其中抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz 。为了比较发送端和接收端的波形，在发送端的接收器前
和升余弦滚降滤波器后各加入了一个延迟图符。最终的仿真系统如下图所示：
6、关闭噪声信号，运行仿真，将输入信号波形与输出信号波形进行叠加，观察仿真结
果。
7、开启噪声信号，比较输入信号与输出信号的波形
8、改变噪声幅度，观察输出信号的变化。
9、将伪随机信号的码速率修改为110b/s，运行仿真，再次观察输入输出信号波形的差
别。
五、实验结果
1.画出仿真过程中的相关波形
实验六 数字调制系统仿真实验
一、 实验目的
1、 掌握ASK ，PSK （DPSK ）和多进制数字键控等数字调制技术的原理
2、 掌握数字调制系统仿真的方法
二、 实验内容
1、 设计一个数字调制系统
三、 基本原理
当调制信号位二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态，常用的二进制数字调制方式有以下几种：二进制振幅键控调制（2ASK ）、二进制频移键控（2FSK ）、二进制移相键控（2PSK ）和二进制相对（或差分）相位键控（2DPSK ）。
1、 二进制振幅键控（2ASK ）
1) 调制方法
2ASK 信号可表示为：
式中，g(t)是持续时间为Ts 的矩形脉冲，即：
产生2ASK 的方法有两种，如图所示。
相应的调制输出如下图所示：
???≤=t T t t g s 其它02/1)(???-=出现
以概率出现以概率P P a n 110t nT t g a t t s t e c
n s n c ωωcos ])([cos )()(0∑
-==
2) 2ASK 信号的解调
相干解调法： .
cos ωc t 相干解调法 相乘器
定时脉冲
输入 输出 带通 滤波器 低通 滤波器
抽样 判决器
包络检波法
.
包络检波法 带通 滤波器 半波或 全波整流 定时脉冲
低通 滤波器
抽样 判决器 输入 输出
2、 二进制频移键控（2FSK ）
1) 调制方法
2FSK 信号可表示为：
)
cos(])([)
cos(])([)
cos()()cos()()(2112110n n
s n n n s n n n t nT t g a t nT t g a t t s t t s t e θω?ωθω?ω+-++-=+++=∑∑
式中，g(t)是持续时间为Ts 的矩形脉冲，即：???≤=t T t t g s 其它02/1)(
产生2FSK 的方法有两种，如图所示。
???-=出现以概率出现以概率P P a n 110的反码为n n a a
s(t)
2FSK调制原理框图
cosωc t
模拟调频器
~f1
e0(t)
s(t)
e0(t)
载波
开关电路
~f2
FSK调制信号的输出如下图所示：
2)解调方法
2FSK信号有两种基本解调方法：非相干解调和相干解调，此外，还有鉴频法、过零检测法和差分检波法。
包络检波法
.
带通滤波器包络检波器
抽样脉冲抽样判决器
输入输出
带通滤波器包络检波器
相干解调法
.
带通滤波器低通滤波器
抽样脉冲抽样判决器输入输出
带通滤波器低通滤波器
相乘器
相乘器
cosω1t
cosω1t
四、实验步骤
2ASK仿真部分：
1、根据2ASK调制原理，采用相乘器或者开关电路产生2ASK信号，用SystemVue
仿真实现，观察输出的2ASK波形。
2、计算ASK信号的带宽，并与利用分析窗口得到的信号功率谱进行对比。
3、根据信号的带宽设定合适的带通滤波器，并采用非相干解调法（包络检波法）
或者相干解调法对产生的2ASK信号进行解调，注意缓冲器中判决门限电平的
设置，观察解调后的信号的波形，并与原波形进行比较。
4、具体的仿真系统如下图所示：
FSK仿真部分：
1、根据2FSK调制原理，采用相乘器或者开关电路产生2FSK信号，用SystemVue
仿真实现，观察输出的2FSK波形。
2、计算2FSK信号的带宽，并与利用分析窗口得到的信号功率谱进行对比。
3、根据信号的带宽设定合适的带通滤波器，（若基带信号的码速率为10b/s，载波
频率为150Hz和100Hz,则可设定带通滤波器的两个截止频率分别为120Hz和
170Hz）并采用非相干解调法（包络检波法）或者相干解调法对产生的2FSK
信号进行解调，（其中包络检波器可采用截止频率为5Hz的低通滤波器表示）
观察解调后的信号的波形，并与原波形进行比较。
4、具体的仿真系统如下图所示：
五、实验结果
1、假定数字基带信号的码速率为10b/s，采用频率为30Hz的载波进行2ASK调制，
试画出2ASK信号的频谱图。
2、修改ASK中缓冲器的判决门限电平，解调输出的波形将发生什么变化？
3、假定数字基带信号的码速率为10b/s，采用频率为100Hz和150Hz的载波进行
2FSK调制，试画出2FSK信号的频谱图。
实验七模拟信号的数字传输仿真
一、实验目的
1、掌握PCM的编码原理。
2、掌握PCM编码信号的压缩与扩张的实现方式
二、实验内容
1、设计一个PCM调制系统的仿真模型
2、采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比
三、基本原理
在现代通信系统中，以PCM（脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示：
PCM编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。其量化方式可分为两种：
1、均匀量化编码：
常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。
2、非均匀量化编码：
常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表
8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一
段落的16个均匀划分的量化级。
通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。
采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。